本發明專利技術公開了一種GaN襯底轉移石墨烯的退火工藝，采用高溫退火的方式，修復襯底轉移過程中產生的石墨烯缺陷，進一步去除轉移過程中沒能去除或是新引進的雜質。同時，高溫退火還可以使襯底與石墨烯接觸得到改善，接觸均勻性大大提高，為GaN襯底和石墨烯兩者的優勢結合提供保障。最終使轉移石墨烯表面更潔凈，缺陷更少，石墨烯平整與GaN襯底接觸更好。本發明專利技術由于采用在Ar氣氣氛中較低溫度退火，有效的去除石墨烯表面吸附的水分子和其他雜質分子，由于采用高于700℃的高退火溫度，得以形成襯底上附著石墨烯與GaN襯底的有效接觸。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于半導體
，涉及III-IV族半導體襯底的石墨烯轉移退火方法，特別是一種基于GaN襯底的退火方法，可用GaN襯底轉移的石墨稀材料及GaN與石墨稀結合制作器件。
技術介紹
石墨烯材料是一種碳基二維晶體，是目前已知最輕最薄的材料，單層僅原子厚度，它具有極其優異的物理化學性質，比如極高的載流子遷移率(理論估計超過200000( ^1 s—1，是Si的數百倍)，超強的機械性能(楊氏模量約1000GP)，極高的比表面積和極好的氣敏特性，極高的透明性和柔韌性，而且它與襯底不存在失配問題，可以與Si基器件工藝完全兼容，具有突出的產業優勢。因此，石墨烯的出現為產業界和科技界帶來曙光，它是最被看好的替代S i成為下一代基礎半導體材料的新材料。·GaN材料是第三代半導體材料的代表，由AIN、GaN, InN及其合金AlGaN、InGaN等構成的III族氮化物是直接帶隙半導體，且其帶隙寬度可以從InN的O. 7eV到GaN的3. 4eV再到AlN的6. 2eV連續可調，相應波長涵蓋紅、黃、綠直至紫外光譜范圍，而且大的禁帶差使得利用III族氮化物制備出的異質結、量子阱、超晶格等具有先進的特性，對于制造新型半導體器件有重要意義。GaN材料已經被成功用于制作高頻高功率器件以及LED等光電器件，然而由于最常用的藍寶石上異質外延生長GaN熱導率很低，大大限制了 GaN器件的應用范圍。與此對應的是石墨烯的熱導率實驗值約為5000WmD1KD1，是室溫下銅的熱導率(401WmD1KD1)的10倍多，因此石墨烯可以幫助GaN組成的微波功率電路的散熱。同時，石墨烯的可見光透過率為97. 7%，且與波長無關，憑借其良好的導電特性方便用于LED互連。然而，使用常規轉移方法轉移到GaN襯底上的石墨烯缺陷多接觸差，因此急需專利技術一種合適的轉移后處理方法。
技術實現思路
本專利技術的目的在于克服使用常規轉移方法轉移到GaN襯底上的石墨烯缺陷多與襯底接觸差，提供一種改善襯底接觸的轉移后退火方法。本專利技術實施例是這樣實現的，一種GaN襯底轉移石墨烯的退火工藝，所述退火工藝步驟如下(I)將銅箔放在反應室內，向反應室通入H2，對銅箔進行處理；(2)向反應室通入Ar和CH4 ；(3)在Fe(NO4)3水溶液中浸泡30_60min，使用GaN襯底打撈起來，在空氣中加熱60min，溫度保持在 150-200°C ；(4)放入丙酮中浸泡24小時徹底去除殘留的PMMA ；(5)分別用無水乙醇和去離子水漂洗，高純N2吹干；(6)反應室抽真空，再通入Ar氣，氣壓O. 01-0. ΙΤοιτ，溫度上升到100_200°C，保持30_40min ；(7)再通入Ar和H2的混合氣，混合比例為10 : 1_1 : 1，氣壓維持在O. 01-0. ITorr，退火溫度為 700-900°C，退火時間 l_2h。用上述方退火得到的轉移石墨烯樣品其特征在于最終使轉移石墨烯表面更潔凈，缺陷更少，石墨烯平整與GaN襯底接觸更好。進一步，將銅箔放在反應室內，向反應室通AH2，對銅箔進行處理，流量l-20sccm，溫度 900-1000°C，時間 20-60min，氣壓 l_50Torr。 進一步，向反應室通入Ar和CH4，保持Ar和CH4的流量比為10 1-2 量20-200sccm，CH4流量l_20sccm，氣壓維持在O. Ι-lTorr，溫度900-1100°C，升溫和保持時間共 20-60min。進一步，在O. 05g/ml-0. 15g/ml Fe (NO4) 3 水溶液中浸泡 30_60min，使用 GaN 襯底打撈起來，在空氣中加熱60min，溫度保持在150-200°C。進一步，反應室抽真空，再通入Ar氣，氣壓O. 01-0. ITorr，溫度上升到100-200°C，保持 30-40min ；進一步，再通入Ar和H2的混合氣，混合比例為10 1-1 1，氣壓維持在O.01-0. ITorr，退火溫度為 700-900°C，退火時間 l_2h。本專利技術的目的在于提供一種利用上述的GaN襯底轉移的石墨烯材料及GaN與石墨烯結合制作的器件。本專利技術具有如下優點I.由于采用在Ar氣氣氛中較低溫度退火，有效的去除石墨烯表面吸附的水分子和其他雜質分子。2.由于采用高于700°C的高退火溫度，得以形成襯底上附著石墨烯與GaN襯底的有效接觸。附圖說明圖I是本專利技術的GaN襯底上石墨烯退火流程圖；圖2是本專利技術的GaN襯底上石墨烯退火的退火管式爐。具體實施例方式為了使本專利技術的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本專利技術進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本專利技術，并不用于限定本專利技術。參照圖1、2，本專利技術給出如下實施例實施例I :本專利技術的實現步驟如下 步驟I,高溫處理銅箔。將銅箔放在反應室內，向反應室通AH2，對銅箔進行處理，流量5sccm，溫度900°C，時間60min，氣壓15Torr步驟2，CVD成長石墨烯。向反應室通入Ar和CH4,保持Ar和CH4的流量比為10 1，Ar流量200sccm，CH4流量20sccm，氣壓維持在ITorr，溫度900°C，升溫和保持時間共20min。步驟3，腐蝕Cu襯底。在Fe(NO4)3水溶液(O. 15g/ml)中浸泡30min，使用GaN襯底打撈起來，在空氣中加熱60min，溫度保持在150°C。步驟4，去除表面有機物。放入丙酮中浸泡24小時徹底去除殘留的PMMA。步驟5，分別用無水乙醇和去離子水漂洗，高純N2吹干。步驟6,去除反應室水蒸氣。反應室抽真空，再通入Ar氣，氣壓O. ITorr，溫度上升到160°C，保持40min。步驟7,高溫退火。再通入Ar和H2的混合氣，混合比例為10 1，氣壓維持在O. ITorr,退火溫度為700 °C，退火時間2h。實施例2 ·本專利技術的實現步驟如下步驟A,高溫處理銅箔。將銅箔放在反應室內，向反應室通入H2，對銅箔進行處理，流量lOsccm，溫度950 0C，時間 40min，氣壓 25Torr步驟B，CVD成長石墨烯。向反應室通入Ar和CH4，保持Ar和CH4的流量比為5 1，Ar流量lOOsccm，CH4流量20sccm，氣壓維持在ITorr，溫度950°C，升溫和保持時間共40min。步驟C，腐蝕Cu襯底。在Fe(NO4)3水溶液(0. lg/ml)中浸泡40min，使用GaN襯底打撈起來，在空氣中加熱60min，溫度保持在200°C。步驟D，去除表面有機物。放入丙酮中浸泡24小時徹底去除殘留的PMMA。步驟E，分別用無水乙醇和去離子水漂洗，高純N2吹干。步驟F,去除反應室水蒸氣。反應室抽真空，再通入Ar氣，氣壓0. 06Torr，溫度上升到170°C，保持30min。步驟G,高溫退火。再通入Ar和H2的混合氣，混合比例為7 1，氣壓維持在0. 07Torr，退火溫度為800°C，退火時間I. 5h。實施例3 本專利技術的實現步驟如下 步驟I,高溫處理銅箔。將銅箔放在反應室內，向反應室通入H2，對銅箔進行處理，流量20sccm，溫度IOOO0C，時間 20min，氣壓 50Torr步驟2，CVD成長石墨烯。向反應室通入Ar和CH4，保持Ar和CH4的本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種GaN襯底轉移石墨烯的退火工藝，其特征在于，采用高溫退火的方式，修復襯底轉移過程中產生的石墨烯缺陷，進一步去除轉移過程中沒能去除或是新引進的雜質，同時進行高溫退火。
【技術特征摘要】
1.一種GaN襯底轉移石墨烯的退火工藝，其特征在于， 采用高溫退火的方式，修復襯底轉移過程中產生的石墨烯缺陷，進一步去除轉移過程中沒能去除或是新引進的雜質，同時進行高溫退火。2.如權利要求I所述的退火工藝，其特征在于，所述退火工藝步驟如下 (1)將銅箔放在反應室內，向反應室通入H2，對銅箔進行處理； (2)向反應室通入Ar和CH4; (3)在Fe(NO4) 3水溶液中浸泡30-60min，使用GaN襯底打撈起來，在空氣中加熱60min，溫度保持在150-200°C ； (4)放入丙酮中浸泡24小時徹底去除殘留的PMMA； (5)分別用無水乙醇和去離子水漂洗,高純N2吹干； (6)反應室抽真空，再通入Ar氣； (7)再通入Ar和H2的混合氣，退火。3.如權利要求I所述的退火工藝，其特征在于，將銅箔放在反應室內，向反應室通入H2，對銅箔進行處理，流量l-20sccm，溫度900-1000°C，時間20_60min，氣壓l_50Torr。4.如權利要求I所述的退火工藝，其...
【專利技術屬性】
技術研發人員：寧靜，王東，韓碭，閆景東，柴正，張進成，郝躍，
申請(專利權)人：西安電子科技大學，
類型：發明
國別省市：
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